Проектирование отделения восстановительной электроплавки ильменитового концентрата (стр. 4 из 8)

20673261 / 3600 = 8743 кВт·ч

За 1 час выплавляется 4,16 тонны титанового шлака, тогда удельный расход электроэнергии (на 1 тонну шлака) составит:

8734 / 4,16 = 2100 кВт·ч.

Таблица 9 - Суточный тепловой баланс руднотермической печи

Приход			Расход
Статья	Количество		Статья	Количество
	кДж/ч	%		кДж/ч	%
1.Тепло, вносимое электроэнергией2.Физическое тепло шихты3.Физическое тепло воздуха4.Тепло от сгорания электродов	206732611228838892623299	970,330,452,22	1.Физическое тепло шлака2.Физическое тепло чугуна3.Тепло отходящих газов4.Тепло эндотермических реакций	9817600157919724048394169318	41,047,41120,6
5.Потери тепла поверхности печи 6.Потери тепла в	20690401466234	10,25,0
Продолжение таблицы 9
трансформаторе и токоподводящих устройствах7.Неучтённые потери	1010873	4,76
Итого:	21228335	100

Расчёт температур подины печи

При температуре на центральной термопаре подины 1030°С расчётная температура подины печи в рабочем пространстве печи составит 1400°С.

Данная температура приемлема для периклазового кирпича (температура начала деформации под нагрузкой 0.2 Мпа 1550°С), но желательно на подине иметь слой затвердевшего металла и более низкие температуры.

По данным материального баланса печей, температура металла на выпуске из печи изменяется в пределах от 1350 до 1500°С.

Расчёт подины футеровки руднотермической печи

Расчёт выполняется с целью определения температуры на внутренней поверхности подины печи РКЗ-16.5Т-И1 по показаниям термопар, установленных в нижнем уровне футеровки.

Исходные данные

Футеровка подины печи выполнена из следующих слоёв огнеупорной и теплоизоляционной кладки:

Слой	Толщина, мм	Состав
1, 2, 3, 4 окаты	4х230 = 920 мм.	Изделие периклазовые марки ПУ-91 ГОСТ 4689-74
Засыпка	54 мм(в оси печи)	Порошок магнезитовый ПМИ-1 ГОСТ 10360-85
Гребешки под окаты	528 мм(в оси печи)	Изделия шамотные общего назначения ГОСТ 8691-73Кирпич шамотный ША-1 ГОСТ 390-83
Засыпка	50 мм	Засыпка шамотная, фракция 3-8 мм.

Днище кожуха печи выполнено из углеродистой стали (толщина листа 25 мм.). В конструкции печи выполнен обдув днища кожуха. Обдув выполняется воздухом и подвод осуществлён в оси печи в нижнеё его части. Температура воздуха + 5°С.

Температура расплава металла на поверхности ванны печи принимаем 1500°С.

Расчёт

Расчёт тепловых потерь из-за большого радиуса сферы окатов ведём как через плоскую стенку [2].

Q=[(t_распл-t_возд)/(1/a+S1/l1+S2/l2+S3/l3+S4/l4+S5/l5+1/a_нар)]×F×t

где: a -коэффициент теплоотдачи от расплава периклазовой футеровки, (ввиду большого значения a значением слагаемого 1/a в расчётах принебрегаем);

S1 и l1 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) периклазового слоя;

S2 и l2 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) порошка магнезитового слоя;

S3 и l3 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) шамотного слоя;

S4 и l4 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) шамотной засыпки;

S5 и l5 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) стального листа днища кожуха (в расчётах на учитывается);

a_нар –коэффициент теплоотдачи от стенки днища кожуха в окружающую атмосферу;

F –эффективная площадь теплового потока через подину печи (среднее арифметическое между значением площади сферической поверхности сегмента верхнего оката футеровки и площадь поверхности днища кожуха печи).

Задаёмся значениями температур на границе:

- периклаз –магнезитовый порошок t1 =800°С;

- магнезитовый порошок –шамот t2 =700°С;

- шамот –засыпка шамотная t3 =100°С;

- засыпка шамотная –кожух печи t4 =80°С.

Теплопроводность изделий периклазовых определяется по формуле:

l1 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=14, В= -14.9, С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

Совпадение температур неудовлетворительное .

Задаёмся более приближёнными значениями температур на границах слоёв:

- периклаз –магнезитовый порошок t1 =1000°С;

- магнезитовый порошок –шамот t2 =950°С;

- шамот –засыпка шамотная t3 =400°С;

- засыпка шамотная –кожух печи t4 =150°С;

- наружная температура t_нар =20°С.

Теплопроводность изделий периклазовых определяется по формуле:

l1 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=14, В= -14.9, С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1500 + 1000) / 2 =1250 °С

l1 = 14 - 14.9 × 10^-3× 1250 + 5.59 × 10^-6× 1250² = 14 - 18.625 + 8.734375 =

= 4.109375 = 4.1 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:

l3 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=0.974, В= -0.372, С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (950 + 400) / 2 =675 °С

l3 = 0.974 – 0.372 × 10^-3× 675 – 0.009 × 10^-6× 675² = 0.974 + 0.2511 –

- 0.004100625 = 1.22 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотной засыпки:

l4 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=0.360, В= -0.219, С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (400 + 150) / 2 =275 °С

l4 = 0.360 – 0.219 × 10^-3× 275 – 0.0016 × 10^-6× 275² = 0.36 + 0.060225 –

- 0.00121 = 0.419015 = 0.42 Вт / (м × К).

Таким образом, плотность теплового потока:

q1 = (1500 – 5) / (0.92 / 4.1 + 0.054 / 5.6 + 0.528 / 1.22 + 0.05 / 0.42 + 1 /

/ 9.97) = (1500 – 5) / (0.224 + 0.01 + 0.433 + 0.132 + 0.1) = 1495 / 0.899 =

= 1663 (Вт/м²)

Проверяем сходимость температур на границах слоёв:

t1 = t_расп – q1(S1 / l1) = 1500 – 1663 (0.92 / 4.1) = 1126 °С

t2 = t1 – q1(S2 / l2) = 1126 – 1663 (0.054 / 5.6) = 1110 °С

t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1110 – 1663 (0.528 / 1.22) = 390 °С

t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 390 – 1663 (0.05 / 0.38) = 171 °С

t_нар = t4 – q1(1/ l_нар) = 171 – 1663 (1 / 9.97) = 4 °С

Совпадение температур неудовлетворительное.

Задаёмся более приближёнными значениями температур на границах слоёв:

- периклаз –магнезитовый порошок t1 =1100°С;

- магнезитовый порошок –шамот t2 =1080°С;

- шамот –засыпка шамотная t3 =450°С;

- засыпка шамотная –кожух печи t4 =160°С;

- наружная температура t_нар =10°С.

Теплопроводность изделий периклазовых определяется по формуле:

l1 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=14, В= -14.9, С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1500 + 1100) / 2 =1350 °С

l1 = 14 - 14.9 × 10^-3× 1350 + 5.59 × 10^-6× 1350² = 14 - 20.115 + 10.187775 =

= 4.072775 = 4.1 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:

l3 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=0.974, В= -0.372, С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1080 + 450) / 2 =765 °С

l3 = 0.974 – 0.372 × 10^-3× 765 – 0.009 × 10^-6× 765² = 0.974 + 0.285 –

- 0.00527 = 1.254 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотной засыпки:

l4 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=0.360, В= -0.219, С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (450 + 160) / 2 =305 °С

l4 = 0.36 – 0.219 × 10^-3× 305 – 0.0016 × 10^-6× 305² = 0.36 + 0.0668 –

- 0.00149 = 0.425 Вт / (м × К).

Таким образом, плотность теплового потока:

q1 = (1500 – 5) / (0.92 / 4.1 + 0.054 / 5.6 + 0.528 / 1.254 + 0.05 / 0.425 + 1 /

/ 9.97) = (1500 – 5) / (0.224 + 0.01 + 0.421 + 0.118 + 0.1) = 1495 / 0.873 =

= 1712 (Вт/м²)

Проверяем сходимость температур на границах слоёв:

t1 = t_расп – q1(S1 / l1) = 1500 – 1712 (0.92 / 4.1) = 1116 °С

t2 = t1 – q1(S2 / l2) = 1116 – 1712 (0.054 / 5.6) = 1100 °С

t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1100 – 1712 (0.528 / 1.254) = 379 °С

t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 379 – 1712 (0.05 / 0.425) = 178 °С

t_нар = t4 – q1(1/ l_нар) = 178 – 1712 (1 / 9.97) = 6 °С

Совпадение температур удовлетворительное.

Фактическая температура по показаниям центральной термопары нижнего уровня (магнезитовый порошок) составляет 970 –1015 °С, что с достаточной степенью точности можно принять температуру раплава на подине 1400 °С.

Проверочный расчёт.

Задаёмся значениями температур на границах слоёв:

- периклаз –магнезитовый порошок t1 =1030°С;

- магнезитовый порошок –шамот t2 =1100°С;

- шамот –засыпка шамотная t3 =370°С;

- засыпка шамотная –кожух печи t4 =160°С;

- наружная температура t_нар =10°С.

Теплопроводность изделий периклазовых определяется по формуле:

l1 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=14, В= -14.9, С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1400 + 1030) / 2 =1215 °С

l1 = 14 - 14.9 × 10^-3× 1215 + 5.59 × 10^-6× 1215² = 14 – 18.1 + 8.25 =

= 4.15 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:

l3 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=0.974, В= -0.372, С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1000 + 370) / 2 =685 °С

l3 = 0.974 – 0.372 × 10^-3× 685 – 0.009 × 10^-6× 685² = 0.974 + 0.255 –

- 0.0042 = 1.225 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотной засыпки:

l4 = А – В × 10^-3×t + C× 10^-6×t²; Вт / (м × К)

где: А=0.360, В= -0.219, С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (370 + 160) / 2 =265 °С

l4 = 0.36 – 0.219 × 10^-3× 265 – 0.0016 × 10^-6× 265² = 0.36 + 0.058 –

- 0.00112 = 0.42 Вт / (м × К).

Таким образом, плотность теплового потока:

q1 = (1400 – 5) / (0.92 / 4.15 + 0.054 / 5.6 + 0.528 / 1.225 + 0.05 / 0.42 + 1 /

/ 9.97) = (1400 – 5) / (0.222 + 0.01 + 0.431 + 0.119 + 0.1) = 1395 / 0.882 =

= 1582 (Вт/м²)

Проверяем сходимость температур на границах слоёв:

t1 = t_расп – q1(S1 / l1) = 1400 – 1582 (0.92 / 4.15) = 1049 °С

t2 = t1 – q1(S2 / l2) = 1049 – 1582 (0.054 / 5.6) = 1034 °С

t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1034 – 1582 (0.528 / 1.225) = 352 °С

t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 352 – 1582 (0.05 / 0.42) = 164 °С

t_нар = t4 – q1(1/ l_нар) = 164 – 1582 (1 / 9.97) = 5 °С

Совпадение температур удовлетворительное.

2 Расчет оборудования

2.1 Выбор и технологический расчёт основного оборудования